文敬

摘要：隨著TBM設(shè)備在各施工領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在其施工過(guò)程中不可避免地遭遇各種不良地質(zhì)段，若不能及時(shí)處理，則可能造成TBM卡機(jī)、垮塌、人員設(shè)備傷亡等。

本文基于新疆北部某引水隧洞TBM施工項(xiàng)目，為保證TBM掘進(jìn)施工安全，避免出現(xiàn)大規(guī)模塌方、TBM主機(jī)被埋等情況，保證TBM通過(guò)沖溝段層破碎帶時(shí)，設(shè)備和人員能夠安全施工，針對(duì)沖溝斷層不良地質(zhì)段，采用地表注漿加固的方法進(jìn)行超前處理，針對(duì)施工過(guò)程中遇到的軟巖塌腔、斷層帶、涌水等各種不良地質(zhì)段，總結(jié)了相應(yīng)的施工處理措施。

關(guān)鍵詞：開(kāi)敞式TBM;引水隧洞;不良地質(zhì)段;地表注漿

1、前言

新疆北部某引水隧洞采用一臺(tái)開(kāi)敞式TBM進(jìn)行施工，該段隧洞位于剝蝕構(gòu)造低山丘區(qū)，地形開(kāi)闊、略起伏，TBM施工段長(zhǎng)21.5km，開(kāi)挖洞徑7.8m。隧洞分布埋深6～127m，平均埋深34m，為淺埋隧洞。沿線穿越18條淺埋沖溝和9條大規(guī)模斷層破碎帶，沖溝底寬約6～70m，沖溝規(guī)模較大，斷層破碎帶寬度10～35m，洞內(nèi)地下水以基巖裂隙水為主，斷層破碎帶洞壁會(huì)產(chǎn)生線狀水流現(xiàn)象，估算隧洞段總涌水量456～2450m3/h，施工應(yīng)加強(qiáng)排水措施，在TBM掘進(jìn)遇到的各種不良地質(zhì)可能引起的安全、質(zhì)量、施工風(fēng)險(xiǎn)，以及造成的嚴(yán)重后果。本文針對(duì)該項(xiàng)目TBM掘進(jìn)施工過(guò)程中遇到的不良地質(zhì)地段，總結(jié)了一些處理施工經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的處理措施以提高TBM掘進(jìn)效率和施工安全性。

2、地表灌漿施工規(guī)劃

2.1 灌漿規(guī)劃

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工總結(jié)，提前判別不良地質(zhì)段，在被揭露之前根據(jù)地質(zhì)資料和地表勘探孔，再結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行綜合研判，提前采取相應(yīng)的處理措施，判別圍巖斷層和涌水等不良地質(zhì)段。將水泥漿液注入TBM將要掘進(jìn)的隧洞洞底2m，洞身7.8m，洞頂5m，總注漿長(zhǎng)度14.8m，注漿使巖石裂隙連成一個(gè)整體。

2.2 施工準(zhǔn)備

（1）灌漿施工前，對(duì)施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底和技術(shù)培訓(xùn);

（2）做好人員組織和機(jī)械設(shè)備配備、材料準(zhǔn)備等工作，做到分工明確，職責(zé)分明，人員穩(wěn)定，保證施工順利有序進(jìn)行;

（3）灌漿地點(diǎn)一般處于沖溝段和斷層帶，在灌漿設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，需要在灌漿地點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)地平整，填筑進(jìn)場(chǎng)道路，進(jìn)場(chǎng)道路主要由隧洞廢渣鋪筑;

（4）施工前由測(cè)量工程師將隧道導(dǎo)線引至地表注漿處對(duì)隧道淺埋區(qū)進(jìn)行原地面地形測(cè)量，測(cè)設(shè)出隧道中線里程、高程，根據(jù)中線放樣，測(cè)設(shè)隧道邊線及需注漿邊線，按設(shè)計(jì)放樣注漿寬度;

（5）利用挖掘機(jī)、裝載機(jī)將施工面清理干凈，排水系統(tǒng)形成及施工輔助設(shè)施完成并經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后方可鉆灌施工。

2.3 施工原理

地表注漿的原理首先是地表鉆孔，然后讓注漿機(jī)通過(guò)孔和地下裂隙，使其水泥漿液充填地下裂隙，并產(chǎn)生硬化。地表注漿的作用主要有兩個(gè)，第一個(gè)是將原有的裂隙水和地下水從節(jié)理裂隙中擠壓出來(lái)，另一方面是將破碎巖石連成一個(gè)整體，提高TBM穿越不良地質(zhì)段減少施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效率。[1]

3、地表灌漿

3.1 布孔鉆孔

（1）孔位放樣采用GPS測(cè)量?jī)x進(jìn)行，分序?？孜慌c設(shè)計(jì)孔位的偏差值不得大于10cm，孔深應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。實(shí)際孔位、孔深做好詳實(shí)記錄。

（2）注漿孔應(yīng)進(jìn)行孔斜測(cè)量?？椎椎钠畈坏么笥?.25m。

（3）注漿孔采用地質(zhì)鉆鉆進(jìn)。鉆孔過(guò)程中，遇巖層、巖性變化，發(fā)生掉鉆、坍孔、鉆速變化、回水變色、失水、涌水等異常情況，應(yīng)詳細(xì)進(jìn)行記錄。

（4）鉆孔遇有洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進(jìn)時(shí)，可先進(jìn)行注漿處理，再行鉆進(jìn)。如發(fā)現(xiàn)集中漏水或涌水，應(yīng)查明情況、分析原因，經(jīng)處理后再行鉆進(jìn)。

（5）注漿孔（段）在鉆進(jìn)結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔沖洗，孔底沉積厚度不得超過(guò)20cm。

（6）鉆孔施工作業(yè)暫時(shí)中止時(shí)，孔口應(yīng)妥加保護(hù)，防止流進(jìn)污水和落入異物。

（7）注漿孔按分序加密的原則進(jìn)行鉆進(jìn)。注漿孔排與排之間和同一排孔內(nèi)孔與孔之間，分為二序施工。

3.2 鉆孔沖洗

鉆孔沖洗：采用自孔底向孔外大水量敞開(kāi)沖洗及壓力風(fēng)沖洗或風(fēng)水聯(lián)合沖洗，鉆孔沖洗方法根據(jù)不同的地質(zhì)條件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)確定。

裂隙沖洗：根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用壓力水沖洗、壓力風(fēng)沖洗、風(fēng)水輪換沖洗的方法進(jìn)行裂隙沖洗。

沖洗壓力：沖洗水壓采用80%的注漿壓力，壓力超過(guò)1MPa，則采用1MPa;沖洗風(fēng)壓可為注漿壓力的50%，壓力超過(guò)0.5MPa，采用0.5MPa。

裂隙沖洗沖至回水清凈后結(jié)束，且總的時(shí)間要求，單孔不少于20min，串通孔不少于2h。對(duì)回水達(dá)不到清凈要求的孔段，繼續(xù)進(jìn)行沖洗，孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不超過(guò)20cm。

當(dāng)鄰近有正在注漿的孔或鄰近注漿孔結(jié)束不足24h時(shí)，不得進(jìn)行裂隙沖洗。

注漿孔（段）裂隙沖洗后，該孔（段）立即進(jìn)行注漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24h者，在注漿前重新進(jìn)行裂隙沖洗。

特殊地段：對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造帶（特別是斷層破碎帶、遇水泥化帶），采用自孔底向孔外進(jìn)行壓力風(fēng)沖洗的方式，避免用水沖洗使破碎巖體遇水泥化造成對(duì)裂隙的堵塞，從而影響注漿質(zhì)量。

3.3 壓水試驗(yàn)

各灌漿孔在鉆孔沖洗和裂隙沖洗后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法對(duì)孔底段做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，其余各段在灌漿前一般不進(jìn)行裂隙沖洗和簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，以免影響前一段灌注漿液的凝固，對(duì)灌漿質(zhì)量不利。

“單點(diǎn)法”簡(jiǎn)易壓水的壓力為注漿壓力的80%，若大于1MPa時(shí)，采用1MPa，遇到特殊情況則按設(shè)計(jì)通知執(zhí)行。

簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)壓水時(shí)間為20min，每5min測(cè)讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計(jì)算值，其成果以透水率表示。

單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定壓力下每2min～5min測(cè)讀一次壓水流量，連續(xù)四次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%;或最大值與最小值之差小于1L/min時(shí)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。

3.4 注漿

3.4.1 注漿參數(shù)

注漿段在洗孔壓水結(jié)束后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24小時(shí)，灌前應(yīng)重新進(jìn)行裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)。本方案采用分段注漿法，分三段進(jìn)行，各段灌漿長(zhǎng)度根據(jù)灌漿塞封堵位置可適當(dāng)調(diào)整，各注漿段注漿結(jié)束后一般不待凝。分段注漿孔采用自下而上、孔內(nèi)循環(huán)分段注漿法。注漿塞置于該段段頂0.5m處，射漿管距孔底不大于0.5m。注漿結(jié)束待加深或鉆孔結(jié)束待注漿時(shí)，注漿孔孔口應(yīng)妥善保護(hù)，嚴(yán)防污水，污物流入孔內(nèi)。

注漿阻塞：本方案采用無(wú)蓋重注漿一次成孔、自下而上分段方式進(jìn)行。各段應(yīng)控制段長(zhǎng)3～8m左右，各注漿段射漿管應(yīng)保證其距注漿段段底不應(yīng)大于0.5 m，否則應(yīng)重新配置射漿管。

注漿孔注漿結(jié)束后一般不待凝，可直接進(jìn)行下一段鉆灌作業(yè)。當(dāng)遇斷層破碎帶等特殊情況時(shí)，注漿結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行待凝處理，待凝時(shí)間依據(jù)實(shí)際情況確定。

如果鉆孔過(guò)程中成孔困難，發(fā)生塌孔、卡鉆、涌水，則采用自上而下、孔內(nèi)循環(huán)分段注漿法，分段長(zhǎng)度根據(jù)鉆孔情況確定。

3.4.2 注漿設(shè)備及材料

BW150注漿泵，ZJ-800型制漿機(jī)，ZSQ-42型液（氣）止?jié){塞、三參數(shù)大循環(huán)注漿自動(dòng)記錄儀。水泥采用42.5MPa抗硫酸鹽水泥或42.5MPa普通硅酸鹽水泥。水泥漿液采用2：1、1：1、0.5：1三個(gè)比級(jí)。

3.4.3 變漿標(biāo)準(zhǔn)：

① 當(dāng)注漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少，或當(dāng)注入率保持不變而注漿壓力持續(xù)升高時(shí)，不能改變水灰比。

② 當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量已達(dá)300L以上、或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而注漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí)，換濃一級(jí)水灰比漿液灌注。

③ 當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，可視具體情況越級(jí)變濃水灰比。

注漿過(guò)程中，漿液變換及注漿結(jié)束時(shí)必須測(cè)記漿液密度，其測(cè)值應(yīng)反映在注漿原始記錄中。

注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)成果確定后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)或由監(jiān)理工程師確定。

當(dāng)注漿開(kāi)始后盡快使壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，接觸段和注入率大的孔段逐級(jí)升壓。

為防止巖石面抬動(dòng)，注漿原則上一泵灌一孔，當(dāng)相互串漿時(shí)，如串漿孔具備注漿條件，一泵一孔同時(shí)進(jìn)行灌注。否則，塞住串漿孔，待注漿孔注漿結(jié)束后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，而后進(jìn)行鉆進(jìn)或注漿。

3.5 封孔

當(dāng)注漿壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，注入率小于或者等于1L/min，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束注漿。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師研究處理措施。

注漿封孔應(yīng)采用 “導(dǎo)管注漿封孔法”，封孔采用漿液水灰比為0.5：1的濃漿，灌漿結(jié)束后，安設(shè)孔口管，使用水灰比為0.5的濃漿從孔口管內(nèi)注入，自管外孔口管返出，固定孔口管待凝。待凝24小時(shí)后清除孔內(nèi)污水、浮漿，脫空處采用干硬性水泥砂漿封填密實(shí)。

3.6 注漿效果檢查

灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，灌漿檢查孔應(yīng)布置在以下位置;

（1）巖體破碎、斷層、有塌孔等地質(zhì)條件不良段;

（2）鉆孔偏斜過(guò)大，灌漿情況不正常等，對(duì)灌漿質(zhì)量有影響部位;

灌漿過(guò)程中，周邊各孔灌漿量大的部位，檢查孔采用單點(diǎn)法做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%，檢查孔應(yīng)采取鉆芯法進(jìn)行觀察，檢查時(shí)間可在灌漿結(jié)束后3d或7d后進(jìn)行，灌漿質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：各段的合格率應(yīng)達(dá)到85%，不合格孔段的透水率值不超過(guò)150%。

4、質(zhì)量控制

4.1 材料質(zhì)量控制措施

（1）水泥經(jīng)由指定廠家供應(yīng)，材質(zhì)檢驗(yàn)合格后方可使用。每批次水泥須有檢驗(yàn)合格證，并送中心試驗(yàn)室進(jìn)行物理、力學(xué)性質(zhì)檢測(cè);各類施工材料應(yīng)附有生產(chǎn)廠家的質(zhì)量證明書和產(chǎn)品使用說(shuō)明書，杜絕不合格材料用于工程。

（2）施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專用的注漿水泥倉(cāng)庫(kù)，水泥的標(biāo)號(hào)、細(xì)度、有機(jī)物含量等指標(biāo)滿足技術(shù)要求和規(guī)范要求，水泥的儲(chǔ)存距出廠日期不超過(guò)三個(gè)月;嚴(yán)禁使用受潮結(jié)塊等不符合質(zhì)量要求的水泥。

（3）同一部位的注漿水泥盡量使用同一品種、同一類型、同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥。砂的細(xì)度模數(shù)、含泥量等指標(biāo)滿足規(guī)范要求。拌漿用水、外加劑的質(zhì)量需符合規(guī)范有關(guān)規(guī)定。

（4）漿液使用前過(guò)篩，從開(kāi)始制備至用完的時(shí)間不超過(guò)3h;漿液溫度保持在5℃～40℃間。

4.2 設(shè)備控制措施

（1）鉆孔機(jī)械各施工參數(shù)，滿足其相應(yīng)的技術(shù)要求，能方便定位，保證孔位和孔向。取芯孔能達(dá)到芯樣獲得率要求，鉆機(jī)的深度滿足孔深的要求，氣動(dòng)鉆機(jī)具備消音、除塵裝置。制漿設(shè)備采用高速制漿機(jī)，配置相應(yīng)的過(guò)濾裝置。注漿設(shè)備采用三缸柱塞泵，其壓力滿足技術(shù)要求需要，三缸運(yùn)行穩(wěn)定，擺動(dòng)范圍小，輸漿過(guò)程中活塞不漏漿。

（2）注漿記錄儀器設(shè)備采用由監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的、經(jīng)過(guò)國(guó)家有關(guān)部門鑒定的、可測(cè)記注漿壓力、注入率和水灰比等施工參數(shù)的三參數(shù)大循環(huán)注漿自動(dòng)記錄儀，并能反映注漿壓力和流量過(guò)程曲線。施工前準(zhǔn)備足夠的流量計(jì)、壓力表、壓力軟管、供水管及閥門等備品。

（3）鉆孔注漿設(shè)備數(shù)量滿足高峰期施工強(qiáng)度要求和質(zhì)量、進(jìn)度控制的要求，杜絕采用超壓鉆進(jìn)、不符合要求的多孔并聯(lián)灌注現(xiàn)象。

（4）所有注漿設(shè)備、儀器、儀表等均要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，使其保持正常的工作狀態(tài)，另外還根據(jù)需要配備一定的備用量，保證施工順利進(jìn)行。

4.3 施工人員控制措施

（1）對(duì)負(fù)責(zé)注漿施工的員工進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)培訓(xùn)，進(jìn)行全面技術(shù)、質(zhì)量交底;講解圖紙、作業(yè)程序及質(zhì)量要求，使作業(yè)人員熟知作業(yè)內(nèi)容及質(zhì)量要求;提高作業(yè)人員的質(zhì)量意識(shí)和保證施工質(zhì)量的能力。

（2）特殊作業(yè)人員持證上崗，上崗前在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行培訓(xùn)考核，合格后方能上崗作業(yè)。

4.4 施工控制措施

鉆孔孔位與設(shè)計(jì)圖紙一致，開(kāi)孔孔位與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于10cm。鉆孔孔斜控制在2.5%以內(nèi)。鉆孔過(guò)程中的地質(zhì)缺陷情況、孔內(nèi)事故情況認(rèn)真記錄、仔細(xì)分析。取芯孔的巖芯獲得率要求滿足80%以上的技術(shù)規(guī)范要求。

注漿孔段的沖洗方法、沖洗壓力、阻塞位置、分段長(zhǎng)度、射漿管距孔底距離、注漿分序、注漿方式、注漿壓力、變漿標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、封孔方式及封孔質(zhì)量滿足有關(guān)技術(shù)要求。注漿監(jiān)測(cè)和注漿記錄滿足自動(dòng)化控制標(biāo)準(zhǔn)。注漿質(zhì)量檢查達(dá)到相應(yīng)的合格標(biāo)準(zhǔn);否則，主動(dòng)采取補(bǔ)救措施。

4.5 注漿效果檢查和評(píng)價(jià)

灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗(yàn)成果為主，灌漿檢查孔應(yīng)布置在以下位置;巖體破碎、斷層、有塌孔等地質(zhì)條件不良段;鉆孔偏斜過(guò)大，灌漿情況不正常等，對(duì)灌漿質(zhì)量有影響部位;灌漿過(guò)程中，周邊各孔灌漿量大的部位，檢查孔采用單點(diǎn)法做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，數(shù)量為灌漿孔總數(shù)的5%，檢查孔應(yīng)采取鉆芯法進(jìn)行觀察，檢查時(shí)間可在灌漿結(jié)束后3d或7d后進(jìn)行，灌漿質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：各段的合格率應(yīng)達(dá)到85%，不合格孔段的透水率值不超過(guò)150%。同時(shí)，通過(guò)提前對(duì)不良地質(zhì)段進(jìn)行注漿，TBM在穿越該段時(shí)只體現(xiàn)出圍巖不完整，并無(wú)明顯的塌腔，TBM穿越該段所用時(shí)間也有明顯的減少，提高了TBM施工效率。

5、結(jié)語(yǔ)

（1）不良地質(zhì)段灌漿段經(jīng)過(guò)提前的判別，通過(guò)制定的孔位布置、鉆孔深度、灌漿壓力以及灌漿材料的選擇，符合現(xiàn)場(chǎng)條件，滿足灌漿要求。

（2）地表灌漿的灌漿孔在鉆孔沖洗和裂隙沖洗后要進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法對(duì)孔底段做簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)。

（3）對(duì)于個(gè)別不良地質(zhì)段，灌漿孔位分布可根據(jù)地質(zhì)條件適當(dāng)加密或適當(dāng)放大，通過(guò)此次處理方式，建議灌漿段洞底1～2m，洞身全部灌漿，洞頂4～5m段灌漿，在該段注漿既可以節(jié)省材料也具有良好的效果。

（4）開(kāi)敞式TBM在不良地質(zhì)段經(jīng)過(guò)地表注漿，可有效的達(dá)到預(yù)期的效果，使TBM在隧洞掘進(jìn)過(guò)程中安全，同時(shí)避免出現(xiàn)大規(guī)模塌方、TBM主機(jī)被埋等情況。

（5）通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)段提前地表注漿，有效的避免了TBM穿越不良地質(zhì)段引起的塌腔、停機(jī)等事故，預(yù)處理后TBM安全高效通過(guò)并且良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王麗瑤 王成 王春曉. 地表注漿技術(shù)在隧道淺埋偏壓破碎帶中的應(yīng)用[B]. 中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京.